本技术涉及一种用于改善厚壁钛合金电子束焊接接头性能的方法。该方法采用薄片状Ti-6Al-4V-x-y合金作为焊接材料,置于待焊板材间,通过电子束焊接实现连接。其中,x代表Cu、Fe、Ni、Mo或Be,y代表Si、Y或B,x含量为1-10wt.%,y含量为0.1-1wt.%。该技术有效细化了焊接接头组织,显著提高了焊接接头的综合性能,适用于航空航天、武器装备和海洋工程等领域。
背景技术
钛合金因其低密度、高比强度、优异的耐腐蚀性和良好的焊接性能,广泛应用于航空航天、武器装备和海洋工程等领域。在航空制造中,为确保构件的强度和使用寿命,重要承力结构常采用厚度在10~100mm的钛合金,并通过焊接技术连接。目前,钛合金的常用焊接方法包括钨极惰性气体保护焊(TIG)、熔化极惰性气体保护焊(MIG)、激光焊(LBW)、等离子弧焊(PAW)和电子束焊(EBW)。TIG焊接焊缝熔深控制较难、坡口要求较大且变形显著,焊接效率也较低,MIG焊则常出现飞溅现象,影响焊缝成形和保护效果。这两种焊接方法均需惰性气体保护,容易掺杂空气,从而在高温下形成氧化物和氮化物,降低焊缝性能。相比之下,LBW、PAW和EBW作为高能束焊接技术,具备高能量密度和快速焊接速度,但LBW和PAW仍需惰性气体保护,可能导致气孔、氢脆和裂纹等缺陷。EBW焊接具有能量密度高、束流可控、工艺稳定、效率高等优点,并且焊缝窄、深宽比大、变形小,非常适合厚壁钛合金构件的焊接。
但是,电子束焊接固有的高温度梯度和高冷却速度,以及钛合金凝固温度区间小(以Ti-6Al-4V为例,凝固温度区间不到5℃),使得焊接接头形成的粗大的柱状β晶粒、针状马氏体α′相、较大的α/α′团簇和连续的晶界α/α′相,导致性能显著下降。粗大的柱状β晶粒使得焊缝区出现性能各向异性和较低的断裂韧性,从而影响焊接接头的断裂模式和抗疲劳性。粗大的柱状β晶粒会产生较大的α/α′团簇进一步降低了合金的强度,而连续分布的晶界α/α′相则严重影响了焊接接头的塑性。因此,如何获得细小的组织成为解决焊接接头均匀性问题的关键。
实现思路